Các nhà khoa học có thể nuôi cấy các mẩu mô của một cơ thể thực vật để chúng tái sinh thành cây hoàn chỉnh nhờ công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật. Bí quyết của công nghệ tế bào thực vật là tìm ra được quy trình kĩ thuật nuôi cấy các mô tế bào của từng loài để chúng có thể giải biệt hóa và phát triển thành cây hoàn chỉnh.

Quy trình nuôi cấy mô tế bào thực vật:

- Bước 1. Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng: Tùy từng loài cây mà môi trường dinh dưỡng có thể có thành phần khác nhau. Tuy vậy, môi trường phải có đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng, phân chia tế bào. Ngoài ra, thành phần không thể thiếu là 2 loại hormone gồm auxin và cytokine với tỉ lệ thích hợp để tái biệt hóa tế bào. Khử trùng toàn bộ môi trường và dụng cụ nuôi cấy mô trước khi sử dụng.

- Bước 2. Khử trùng mô nuôi cấy: Cần khử trùng mô nuôi cấy trước khi đưa vào môi trường nuôi cấy.

- Bước 3. Tái sinh cây: Trong điều kiện nhiệt độ và chế độ quang chu kì thích hợp, các tế bào sẽ giải biệt hóa, phân chia tạo mô sẹo. Mô sẹo sau đó tái biệt hóa thành các loại tế bào chuyên hóa khác nhau để hình thành nên cây con hoàn chỉnh.

Cần phải nuôi cấy mô tế bào trong môi trường vô trùng vì môi trường nuôi cấy có đầy đủ chất dinh dưỡng nên là nơi lí tưởng cho các loài vi sinh vật sinh trưởng và sinh sản. Với ưu thế sinh sản nhanh, các loài vi sinh vật sẽ cạnh tranh chất dinh dưỡng với các tế bào thực vật, thậm chí chúng có thể tiết độc tố hoặc trực tiếp tấn công tiêu diệt các tế bào thực vật.

Một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật:

- Nhân giống bảo tồn giống Sâm Ngọc Linh quý hiếm.

- Nhân giống sạch bệnh, có khả năng chống chịu với virus và vi sinh vật gây bệnh: giống chuối chống chịu nấm; giống khoai tây, cà chua chống chịu được virus;…

- Nhân giống nhanh với số lượng lớn: nhân giống vô tính các loại hoa lan quý hiếm và nhiều cây có giá trị kinh tế rất lớn.

- Tạo giống mới: Kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật phục vụ chuyển gene góp phần tạo ra những giống cây mới như giống bông kháng côn trùng ăn lá, giống lúa vàng có khả năng sản sinh ra tiền chất tạo vitamin A, giống ngô kháng thuốc diệt cỏ,…

Quy trình tạo giống cây biến đổi gene nhờ công nghệ tế bào thực vật:

- Bước 1: Phân lập gene từ tế bào của loài cho gene, nhân bản gene tạo ra một số lượng lớn bản sao.

- Bước 2: Sử dụng kĩ thuật di truyền gắn gene cần chuyển vào vector (thể truyền). Vector có thể là plasmid có khả năng gắn gene vào hệ gene của tế bào thực vật.

- Bước 3: Đưa vector mang gene cần chuyển vào tế bào thực vật.

- Bước 4: Sàng lọc tế bào thực vật đã được chuyển gene thành công.

- Bước 5: Nuôi cấy tế bào chuyển gene và cho tái sinh thành cây hoàn chỉnh.

Lưu ý: Việc chuyển gene vào tế bào thực vật có thể không cần sử dụng vector mà dùng súng bắn gene. Gene cần chuyển vào tế bào thực vật có thể được bao bọc bằng phương tiện đặc biệt như những viên đạn rồi dùng súng bắn gene bắn vào trong tế bào.

- Tính toàn năng của tế bào là đặc tính của tế bào có khả năng phân chia, biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau và phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh trong điều kiện thích hợp.

- Tế bào phải có đầy đủ vật chất di truyền đặc thù của loài thì mới có tính toàn năng. Những tế bào chuyên hóa có thể bị mất bớt vật chất di truyền thậm chí mất toàn bộ nhân trong quá trình biệt hóa thì không có tính toàn năng. Tuy nhiên, tế bào chuyên hóa vẫn còn đầy đủ vật chất di truyền nhưng trong cơ thể chúng thường không thể hiện tính toàn năng do trong tế bào chuyên hóa, chỉ có những nhóm gene nhất định được hoạt động.

Ưu điểm của nhân giống cây trồng bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào so với các phương pháp nhân giống truyền thống như giâm cành, chiết cành hoặc gieo trồng từ hạt:

- So với nhân giống bằng phương pháp chiết cành, giâm cành chỉ giới hạn số lượng cây con nhất định, nuôi cấy mô tế bào có thể tạo ra một số lượng rất lớn cây con chỉ từ một mẩu mô gốc ban đầu.

- So với nhân giống bằng phương pháp gieo trồng từ hạt tạo ra đời con có các kiểu gene khác nhau, nuôi cấy mô tế bào tạo ra đời con có cùng kiểu gene, giúp duy trì kiểu gene tốt của cây mẹ và cho thu hoạch đồng loạt.

- Ngoài ra, nuôi cấy mô tế bào còn cho phép duy trì những giống sạch bệnh hoặc giống có khả năng chống chịu với virus và vi sinh vật gây tổn thất lớn cho ngành nông nghiệp.

- Mô sẹo không phát triển được thành một cây hoàn chỉnh có thể do tỉ lệ các loại hormone auxin và cytokine trong môi trường nuôi cấy không phù hợp để tái sinh cây.

- Để khắc phục, cần điều chỉnh lại tỉ lệ auxin / cytokine phù hợp để kích thích mô sẹo phân hóa tạo thành rễ, chồi và thành cây con hoàn chỉnh.

Lợi ích của công nghệ tế bào thực vật với con người:

- Công nghệ tế bào thực vật giúp nhân nhanh giống cây trồng quý hiếm, cây có đặc tính mong muốn với số lượng lớn để phục vụ nhu cầu của con người.

- Công nghệ tế bào thực vật kết hợp với công nghệ di truyền có thể tạo ra nhiều giống cây mới không có trong tự nhiên, đem lại năng suất cao, tăng lợi ích kinh tế.